Применение программного комплекса Matlab для расчета и моделирования электрических и электронных схем

1.Введение

2.Запуск и работа с программой MATLAB

3.Connectors (соединяющие элементы)

4.Electrical Sources (источники питания)

5.Elements (элементы)

6.Measurements (измерительные приборы)

7.Measurements Extra Library

8.Sinks ( )

9.Создание графической модели расчетной электрической схемы

10.Определение параметров графической модели электрической схемы

Введение

 Изучение курса "Теоретические основы электротехники" предполагает использование различных математических методов при описании расчетных моделей и их анализ. Сложность математического аппарата, трудоемкость вычислительных операций требуют применения специальных программных средств. Система Matlab является в настоящее время наиболее универсальным, а также развитым проблемно ориентированным средством решения задач, включая задачи электротехники  Программа MATLAB предназначена для расчета и анализа линейных электрических цепей, а так же моделирования различных физических процессов.  Расчеты линейных электрических схем производятся на основе построений графических моделей и введения параметров элементов схем. Так же данная программа позволяет вести расчеты на основе создания математических блоков.  Следует отметить практическое отсутствие литературы на русском языке, как по программному комплексу Matlab, так и моделированию и расчету электрических цепей. Между тем, Matlab обладает большой популярностью в научно исследовательских центрах разных стран и имеет огромное количество литературы на английском языке.  Целью данной студенческой работы было изучение и демонстрация возможностей программы Simulink программного комплекса Matlab.

Запуск и работа с программой MATLAB

1. Запуск программы Запуск программы осуществляется: а) двойной щелчок на ярлыке MATLAB 6.1

б) в командной строке окна набирается simulink

После запуска программы появляется окно с библиотеками элементов.

2. Работа с библиотеками элементов Для расчета линейной электрической цепи на основе создания ее графической модели используются две библиотеки элементов: - Power System Blocker (библиотека электрических элементов) - Simulink (библиотека simulink)

Библиотека Power System Blocked включает в себя следующие, рабочие разделы (в данных разделах содержатся все необходимые, для построения электрической схемы элементы) Power System Blocked

Connectors (соединяющие элементы)

Electrical Sources (источники питания)

Elements (элементы)

Measurements (измерительные приборы)

Measurements Extra Library

Библиотека Simulink включает в себя следующие, рабочие разделы (в данных разделах содержатся все необходимые, для построения электрической схемы элементы)

Sinks ( )

3. Создание графической модели расчетной электрической схемы

Исходная схема

Расчетная схема

Создание графической модели расчетной электрической схемы

Создание графической модели расчетной электрической схемы начинается с открытия поля построения untilted

1) Открытие поля untilted File-> New-> Model

2) Помещение элементов в поле для построения Помещение элементов в поле для построения производится (см. рис): а) перетаскиванием необходимого объекта из библиотеки элементов в поле построения untilted; б) установить курсор мыши на необходимый объект, находящийся в библиотеке элементов контекстное меню Add to "Untitted"

3) Перемещение элементов в поле для построения Перемещение элементов производится путем их перетаскивания в поле для построения

4) Соединение элементов * Соединение элементов производится: Выделить объект, нажать клавишу ctrl и удерживая ее кликнуть левой кнопкой мыши на элементе, к которому необходимо подключиться. * Соединение элементов производится с учетом полярности источников питания и по возможности с учетом направления тока в ветвях.

5) Создание узлов При построении графической модели, создание узлов производится при помощи L и Т соединяющих элементов.

6) Удаление элементов Удаление элементов производится (см. рис): а) выделить объект нажать клавишу Del б) контекстное меню Cut

7) Копирование элементов Копирование элементов производится (см. рис): Контекстное меню Copy

8) Вращение элементов Вращение элементов производится (см. рис): Выделить объект контекстное меню Format Flipe block ->(поворот на 180) Rotate block ->(поворот на 90)

9) Параметры элементов схемы Открытие параметров элементов схемы осуществляется (см. рис): a) двойной щелчок на выделенном объекте б) выделить объект контекстное меню Mask parameters Параметры источника питания: - Peak amplitude, пиковая амплитуда - Phase (deg), сдвиг фазы - Frequency, частота - Measurements, единицы измерения

Параметры последовательного RLC элемента:

- Resistance R (Ohms), сопротивление - Inductance L (H), индуктивность - Capacitance C (F), емкость

10) Создание R, RC, RL элементов а) R элемент Для его создания в параметрах последовательного RLC отвода необходимо установить

б) RC элемент Для его создания в параметрах последовательного RLC отвода необходимо установить

в) RL элемент Для его создания в параметрах последовательного RLC отвода необходимо установить

Графическая модель электрической схемы

Определение параметров графической модели электрической схемы

Значения параметров (I, U, P, Q, S) графической модели электрической схемы определяют путем введения в нее измерительных приборов. К данным измерительным приборам относят: - амперметр - мультиметр - осциллограф - универсальный дисплей

1) Амперметр Прибор, предназначенный для определения тока в ветвях. Подключается к цепи последовательно. Имеет три клеммы " + " " - " " i " : "+" и " - " зажимы предназначены для подключения прибора к цепи " i " - цифровой выход, предназначенный для подключения прибора к осциллографу

- В цепи приемлемо использовать не более двух амперметров установленных в разных ветвях схемы (предпочтительно в ветви содержащие источники питания).

2) Мультиметр Прибор, предназначенный для отображения элементов, параметры которых необходимо определить. Данный прибор имеет два рабочих поля (вход в меню прибора, рис , осуществляется двойным нажатием на нем): 1. Available Measurements, поле активных элементов цепи 2. Selected Measurements, поле элементов параметры которых необходимо определить

Перенос элементов из одного рабочего поля в другое осуществляется следующим образом:

Выделить объект нажать кнопку Select (см. рис ) Для удаления объекта из второго поля необходимо выделить последний и нажать на клавишу Remove,

Данный прибор не нуждается в подключении к цепи

3) Осциллограф Данный прибор отображает искомые значения параметров схемы в виде осциллограммы. Подключение прибора осуществляется к цифровому выходу амперметра (см. рис ). Вход в меню прибора осуществляется двойным нажатием на нем. Меню прибора представлено на рисунок (см. выше)

4) Универсальный дисплей Прибор, отображающий искомые параметры элементов в числовой форме. Данный прибор отображает искомые параметры схемы в двух величинах: - амплитудных (Peak value) - действующих (RMS value) Вход в меню прибора осуществляется двойным нажатием на нем. Меню прибора представлено на рис Данный прибор не нуждается в подключении к цепи.

Графическая модель электрической схемы с измерительными приборами

После завершения запуска электрической схемы в меню измерительных приборов отображаются искомые параметры цепи.